KWALIFIKACJA ELM6 - STYCZEŃ 2017

PYTANIE NR 24.
Zwiększenie o 20 Hz częstotliwości napięcia zasilającego silnik indukcyjny klatkowy spowoduje
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Prędkość pola wirującego (synchroniczna) silnika indukcyjnego jest wprost proporcjonalna do częstotliwości zasilania.
Po zwiększeniu częstotliwości o 20 Hz rośnie prędkość synchroniczna, a wraz z nią (przy podobnym poślizgu) rośnie prędkość wirnika. Pozostałe odpowiedzi nie opisują typowego skutku samej zmiany częstotliwości.

Pełne wyjaśnienie:

W silniku indukcyjnym klatkowym prędkość obrotowa wirnika jest związana z prędkością pola wirującego stojana, czyli prędkością synchroniczną. Dla maszyny o stałej liczbie biegunów prędkość synchroniczna rośnie proporcjonalnie do częstotliwości zasilania (zależność typu ns ∝ f). Oznacza to, że zwiększenie częstotliwości o 20 Hz powoduje wzrost prędkości pola wirującego.

Wirnik w silniku indukcyjnym zawsze obraca się nieco wolniej niż pole wirujące (występuje poślizg), bo to różnica prędkości jest źródłem indukowania prądów w wirniku i wytwarzania momentu. Jeśli warunki obciążenia pozostają podobne, poślizg zwykle nie zmienia się skokowo na tyle, by odwrócić kierunek wpływu częstotliwości. Dlatego w typowej analizie egzaminacyjnej przyjmuje się, że wzrost częstotliwości prowadzi do wzrostu prędkości wirnika.

Odpowiedź "zatrzymanie pracy silnika." jest nieadekwatna: sama zmiana częstotliwości nie oznacza zatrzymania; zatrzymanie mogłoby wynikać np. z przeciążenia, zadziałania zabezpieczeń lub błędnych nastaw, ale to nie jest bezpośredni, deterministyczny skutek zwiększenia f.

Odpowiedź "niestabilną pracę silnika." jest zbyt ogólna: przy prawidłowym zasilaniu (np. z falownika) silnik może pracować stabilnie w szerokim zakresie częstotliwości. Niestabilność może wystąpić w szczególnych warunkach (rezonanse mechaniczne, zbyt niskie napięcie względem f, zbyt mały moment), ale nie jest to podstawowa konsekwencja wzrostu częstotliwości.

Odpowiedź "zmniejszenie prędkości obrotowej wirnika silnika." przeczy podstawowej zależności ns ∝ f dla stałej liczby biegunów; spadek prędkości wymagałby innych zmian (np. spadku częstotliwości, zmiany liczby biegunów albo istotnego wzrostu poślizgu przez przeciążenie).

Wskazówka do nauki: zapamiętaj schemat: częstotliwość ↑ → prędkość pola ↑ → prędkość wirnika zwykle ↑ (poślizg to "mała różnica", a nie zmiana znaku zależności).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Prędkość synchroniczna to prędkość wirowania pola magnetycznego stojana. Zależy od częstotliwości zasilania i liczby biegunów maszyny. Wirnik silnika indukcyjnego pracuje poniżej tej prędkości, bo do wytworzenia momentu potrzebny jest poślizg.
Bo prędkość pola wirującego jest proporcjonalna do częstotliwości. Gdy częstotliwość rośnie, rośnie prędkość pola, a wirnik "podąża" za nim z niewielką różnicą (poślizgiem). Przy podobnym obciążeniu poślizg nie zmienia się tak, by odwrócić tę zależność.
Poślizg to różnica między prędkością pola wirującego a prędkością wirnika (zwykle wyrażana procentowo). Jest potrzebny, aby w wirniku indukowały się prądy wytwarzające moment elektromagnetyczny. Bez poślizgu nie byłoby indukcji, a więc i momentu napędowego.
Może, ale nie jest to typowy, "automatyczny" skutek wzrostu częstotliwości. Niestabilność pojawia się raczej przy złych nastawach falownika, zbyt małym napięciu względem częstotliwości, przeciążeniu lub problemach mechanicznych. Sama informacja "+20 Hz" najczęściej oznacza wzrost prędkości.
Falownik reguluje prędkość głównie przez zmianę częstotliwości zasilania, a napięcie zwykle dostosowuje tak, by zachować właściwy strumień (np. charakterystyka U/f). Dzięki temu można płynnie zwiększać lub zmniejszać prędkość w zadanym zakresie, bez zmiany konstrukcji silnika.
Zbyt duża częstotliwość może podnieść prędkość ponad możliwości mechaniczne układu (łożyska, wyważenie, drgania) i pogorszyć chłodzenie. W aplikacjach trzeba uwzględniać ograniczenia producenta silnika i maszyny napędzanej. To jednak kwestia granic pracy, a nie samej zasady zależności prędkości od f.
Nie zawsze. Moment zależy m.in. od strumienia magnetycznego, a ten zależy od relacji napięcia do częstotliwości. Jeśli zwiększasz częstotliwość bez odpowiedniego zwiększenia napięcia (spadek U/f), strumień może maleć, a dostępny moment spadać. Prędkość może rosnąć, ale moment nie musi.
Gdy silnik jest mocno przeciążony i poślizg rośnie na tyle, że prędkość wirnika nie nadąża za prędkością pola, albo gdy zadziałają zabezpieczenia (np. nadprądowe). W praktyce ograniczeniem bywa też maszyna napędzana (np. wymagany moment), a nie sama teoria ns ∝ f.
Najczęściej myli się prędkość wirnika z prędkością synchroniczną oraz ignoruje poślizg (zakładając równość prędkości). Częsty jest też odruchowy wybór odpowiedzi o "niestabilności" bez sprawdzenia podstawowej zależności, że przy stałej liczbie biegunów wzrost częstotliwości podnosi prędkość pola.
Jeśli pytanie mówi wprost o zmianie częstotliwości, to kluczowa jest zależność prędkości pola od f. Zmiana napięcia bez zmiany f wpływa głównie na strumień i moment, a nie bezpośrednio na prędkość synchroniczną. W silniku indukcyjnym prędkość "idzie" za f, nie za U.
info

Statystycznie 44% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że pozostałe odpowiedzi nie opisują typowego skutku samej zmiany częstotliwości.

Źródła:

  • Stephen J. Chapman, "Electric Machinery Fundamentals", rozdział dotyczący silników indukcyjnych (zależność prędkości synchronicznej od częstotliwości), wydania akademickie (różne edycje).
  • Theodore Wildi, "Electrical Machines, Drives, and Power Systems", część o silnikach indukcyjnych: prędkość synchroniczna i poślizg, wydania akademickie (różne edycje).
  • IEC 60034 (Rotating electrical machines), część terminologiczna i ogólne definicje pracy maszyn wirujących (prędkość, bieguny, parametry znamionowe) – standard serii IEC 60034.

Materiały:

  • Podręcznik do maszyn elektrycznych (rozdział: silniki indukcyjne, prędkość synchroniczna i poślizg)
  • Materiały producentów falowników (opis regulacji U/f i wpływu częstotliwości na prędkość)
  • Notatki/lekcje z elektrotechniki: pole wirujące i zależność n_s=60f/p

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego